CN111748693A - 一种溅射靶材回收处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溅射靶材回收处理装置及方法，包括炉体和炉体支架，所述炉体一侧设置有抽屉式炉门；所述炉体内设置有若干装料支架，靶材组件倾斜置于所述装料支架上，相邻两个所述靶材组件之间留有投影间隙；所述炉体上还设置有压力表、保护气体阀门、放气阀和真空泵，所述真空泵连通所述炉体内部；连通所述炉体内部且位于所述炉体下方设置有浇铸模具，所述炉体与所述浇铸模具的外表面包覆有保温层；所述炉体外壁和保温层之间设置有电阻丝加热带，所述电阻丝加热带与所述炉体外壁之间留有空隙，且所述电阻丝加热带嵌在所述保温层上，所述电阻丝加热带远离所述抽屉式炉门和浇铸模具设置。本发明实现同时回收靶材与背板材料，缩短工艺流程。

Description

一种溅射靶材回收处理装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体制作技术领域，尤其涉及一种溅射靶材回收处理装置及方法。
背景技术
溅射靶材是指通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。溅射靶材有金属、合金、陶瓷、硼化物等。为提高靶材导电性及降低成本等原因通常分为靶材(如钛、钽)和背板(如铝、铜)两部分，再通过焊接等方式连接在一起。
溅射靶材由于溅射原理、方式等原因，靶材使用率仅为30-50％，报废溅射靶材中仍有大量价格昂贵的高纯金属。因此对于使用过后的报废靶材，回收其中高纯金属显得十分必要。
目前，溅射靶材的回收方法繁多，如公布号为CN 104342618的中国专利公开了一种靶材回收方法，其利用油压机压力将靶体与背板焊接处压裂，从而达到分离背板的目的，但是仍然存在靶体上背板材料残留且残留量差异较大的问题，不能完全有效的分离背板，从而导致回收的靶体价值降低；如申请号为201710580344.8的中国专利公开了一种溅射靶材回收方法，其利用酸碱联合溶解法去除溅射靶材中的背板材料(如铝)，达到回收靶体的目的。该方法虽能有效的回收靶材，但成本高、效率较低，背板材料无法回收；如申请号201811022654.9的中国专利公开了一种溅射靶材回收方法，其采用车削法和化学法综合分离靶材与背板，该方法虽能有效的回收靶材，但加工成本较高，且产生的背板车屑因含有车削液等杂质导致回收价值较低，且整体回收流程较长，不利于成本的最低化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种溅射靶材回收处理装置及方法，实现同时回收靶材与背板材料，缩短工艺流程，提升靶材、背板的分离效率，保障其洁净度，提高其利用价值，降低溅射靶材综合回收处理成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
本发明第一方面提供一种溅射靶材回收处理装置，包括炉体和用于支撑所述炉体的炉体支架，所述炉体一侧设置有抽屉式炉门；所述炉体内设置有若干装料支架，靶材组件倾斜置于所述装料支架上，所述靶材组件包括靶材和与所述靶材连接的背板，相邻两个所述靶材组件之间留有投影间隙；所述炉体上还设置有压力表、保护气体阀门、放气阀和真空泵，所述真空泵连通所述炉体内部；位于所述炉体下方且连通所述炉体内部设置有浇铸模具，所述炉体与所述浇铸模具的外表面包覆有保温层；所述炉体外壁和保温层之间设置有电阻丝加热带，所述电阻丝加热带与所述炉体外壁之间留有空隙，且所述电阻丝加热带嵌在所述保温层上，所述电阻丝加热带远离所述抽屉式炉门和浇铸模具设置。
优选地，所述炉体内壁设置有滑轨，所述抽屉式炉门通过所述滑轨与所述炉体滑移连接。
优选地，所述靶材组件与水平面之间的夹角为85-90°。
优选地，所述炉体底部为类似漏斗状的斜坡结构，所述斜坡与水平面之间的夹角为10-30°。
优选地，所述浇铸模具与所述炉体之间通过螺栓可拆卸密封连接。
本发明第二方面提供一种溅射靶材回收处理方法，包括：采用上述溅射靶材回收处理装置进行物理分离方法，分离所述除靶材和所述背板材料至所述靶材表面无明显背板材料残留；以及采用化学反应分离方法对所述靶材上残留的背板材料进行处理，去除所述靶材上残留的背板材料。
优选地，包括以下步骤：
S1、去除所述靶材组件表面污渍、清洗、晾干，将所述靶材组件置于所述装料支架上，关闭所述抽屉式炉门；
S2、开启所述真空泵，对炉内抽真空；关闭所述真空泵，开启所述保护气体阀门，充入保护气体，并通过控制所述放气阀与所述保护气体阀门使炉内气氛保持在一定绝对压力范围内；
S3、通电升温至背板材料熔点以上，并保温一段时间，断电，所述背板材料经炉底部斜坡流入所述浇铸模具中；对炉内降温，打开所述放气阀将炉内气体排出，打开所述抽屉式炉门，取出所述靶材，将所述靶材置于酸液或碱液中浸泡、取出、清洗、干燥，即得纯净的所述靶材；拆卸所述浇铸模具，将其中的所述背板材料铸锭取出，即得纯净的所述背板材料。
优选地，S1中，采用洗洁精或去污粉去除所述靶材组件表面污渍。
优选地，S2中，所述炉内抽真空至10Pa以下；充入所述保护气体至炉内绝对压力为0.11-0.12MPa。
优选地，S3中，通电升温至所述背板材料熔点以上20-50℃，且所述保温时间为0.5-1h；S3中，采用水套将所述炉内温度降低至60℃以下。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的回收处理方法利用靶材(如钛、钽)与背板(如铝、铜)材料熔点的不同，且差异较大的特性，采用加热的方法将背板材料进行熔化为液态，从而使得靶材与背板材料分离，同时收集液态背板材料进行浇铸，达到同时回收靶材与背板材料的目的，缩短工艺流程，提升靶材、背板的分离效率，保障其洁净度，提高其利用价值，降低溅射靶材综合回收处理成本。
附图说明
图1为本发明中溅射靶材回收处理装置的示意图；
其中的各附图标记为：
1-抽屉式炉门；2-装料支架；3-靶材组件；4-电阻丝加热带；5-压力表；6-保护气体阀门；7-放气阀；8-真空泵；9-保温层；10-浇铸模具；11-炉体支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一种溅射靶材回收处理装置，包括炉体和用于支撑炉体的炉体支架11，炉体一侧设置有抽屉式炉门1；炉体内设置有若干装料支架2，靶材组件3倾斜置于装料支架2上，相邻两个靶材组件3之间留有投影间隙；炉体上还设置有压力表5、保护气体阀门6、放气阀7和真空泵8，真空泵8连通炉体内部；位于炉体下方且连通炉体内部设置有浇铸模具10，炉体与浇铸模具10的外表面包覆有保温层9；炉体外壁和保温层9之间设置有电阻丝加热带4，电阻丝加热带4与炉体外壁之间留有空隙，且电阻丝加热带4嵌在保温层9上，电阻丝加热带4远离抽屉式炉门1和浇铸模具10设置。
其中，靶材组件3包括靶材和与靶材连接的背板；靶材为板状，呈圆形、矩形或不规则形状，材质为钛金属或钽金属；背板为板状，呈圆形、矩形或不规则形状，材质为铝、铜。靶材的底面与背板的板面焊接在一起。
作为一个优选实施例，炉体内壁设置有滑轨，抽屉式炉门1通过滑轨与炉体滑移连接。
作为一个优选实施例，靶材组件3与水平面之间的夹角为85-90°，利于液态背板材料落入炉体底部；同时靶材组件3之间留有投影间隙，确保靶材组件3在水平面的投影不重叠，最大程度的分离背板材料。
作为一个优选实施例，炉体底部为类似漏斗状的斜坡结构，斜坡与水平面之间的夹角为10-30°，利于液态背板材料流入浇铸模具10中，浇铸模具10为长立方体或圆柱形结构，浇铸模具10与炉体之间通过螺栓可拆卸密封连接，便于安装与拆卸。
本发明还提供一种溅射靶材回收处理方法，采用上述溅射靶材回收处理装置进行物理分离方法，分离除靶材和背板材料至靶材表面无明显背板材料残留；以及采用化学反应分离方法对靶材上残留的背板材料进行处理，去除靶材上残留的背板材料。
作为一个优选实施例，包括以下步骤：
S1、去除靶材组件3表面污渍、清洗、晾干，将靶材组件3置于装料支架2上，关闭抽屉式炉门1；
S2、开启真空泵8，对炉内抽真空；关闭真空泵8，开启保护气体阀门6，充入保护气体，并通过控制放气阀7与保护气体阀门6使炉内气氛保持在一定绝对压力范围内；
S3、通电升温至背板材料熔点以上，并保温一段时间，断电，背板材料经炉底部斜坡流入浇铸模具10中；对炉内降温，打开放气阀7将炉内气体排出，打开抽屉式炉门1，取出靶材，将靶材置于酸液或碱液中浸泡、取出、清洗、干燥，即得纯净的靶材；拆卸浇铸模具10，将其中的背板材料铸锭取出，即得纯净的背板材料。
作为一个优选实施例，S1中，采用洗洁精或去污粉去除靶材组件3表面污渍，避免污渍溶入背板材料铸锭中，保障了背板材料的洁净度，提升背板材料的利用价值。S2中，炉内抽真空至10Pa以下；充入保护气体至炉内绝对压力为0.11-0.12MPa。S3中，通电升温至背板材料熔点以上20-50℃，且保温时间为0.5-1h，利于液态背板材料保持一定流动性，在完成分离的同时保障经济性，降低能耗，控制成本；S3中，采用水套将炉内温度降低至60℃以下；通过抽真空、充保护气体保护，且在冷态下出装炉，可有效避免在高温情况下，靶材、背板材料接触空气中氧、氮等形成杂质，保障了材料的洁净度。
本发明的工作原理如下：
利用靶材(如钛、钽)与背板(如铝、铜)材料熔点的不同，且差异较大的特性，采用加热的方法将背板材料进行熔化为液态，从而使靶材与背板材料分离，同时收集液态背板材料进行浇铸，从而达到同时回收靶材与背板材料的目的。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种溅射靶材回收处理装置，包括炉体和用于支撑所述炉体的炉体支架(11)，其特征在于，所述炉体一侧设置有抽屉式炉门(1)；所述炉体内设置有若干装料支架(2)，靶材组件(3)倾斜置于所述装料支架(2)上，所述靶材组件(3)包括靶材和与所述靶材连接的背板，相邻两个所述靶材组件(3)之间留有投影间隙；所述炉体上还设置有压力表(5)、保护气体阀门(6)、放气阀(7)和真空泵(8)，所述真空泵(8)连通所述炉体内部；位于所述炉体下方且连通所述炉体内部设置有浇铸模具(10)，所述炉体与所述浇铸模具(10)的外表面包覆有保温层(9)；所述炉体外壁和保温层(9)之间设置有电阻丝加热带(4)，所述电阻丝加热带(4)与所述炉体外壁之间留有空隙，且所述电阻丝加热带(4)嵌在所述保温层(9)上，所述电阻丝加热带(4)远离所述抽屉式炉门(1)和浇铸模具(10)设置。
2.根据权利要求1所述的溅射靶材回收处理装置，其特征在于，所述炉体内壁设置有滑轨，所述抽屉式炉门(1)通过所述滑轨与所述炉体滑移连接。
3.根据权利要求1所述的溅射靶材回收处理装置，其特征在于，所述靶材组件(3)与水平面之间的夹角为85-90°。
4.根据权利要求1所述的溅射靶材回收处理装置，其特征在于，所述炉体底部为类似漏斗状的斜坡结构，所述斜坡与水平面之间的夹角为10-30°。
5.根据权利要求1所述的溅射靶材回收处理装置，其特征在于，所述浇铸模具(10)与所述炉体之间通过螺栓可拆卸密封连接。
6.一种溅射靶材回收处理方法，其特征在于，包括：采用如权利要求1-5任一项所述的溅射靶材回收处理装置进行物理分离方法，分离所述除靶材和所述背板材料至所述靶材表面无明显背板材料残留；以及采用化学反应分离方法对所述靶材上残留的背板材料进行处理，去除所述靶材上残留的背板材料。
7.根据权利要求6所述的溅射靶材回收处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、去除所述靶材组件(3)表面污渍、清洗、晾干，将所述靶材组件(3)置于所述装料支架(2)上，关闭所述抽屉式炉门(1)；
S2、开启所述真空泵(8)，对炉内抽真空；关闭所述真空泵(8)，开启所述保护气体阀门(6)，充入保护气体，并通过控制所述放气阀(7)与所述保护气体阀门(6)使炉内气氛保持在一定绝对压力范围内；
S3、通电升温至背板材料熔点以上，并保温一段时间，断电，所述背板材料经炉底部斜坡流入所述浇铸模具(10)中；对炉内降温，打开所述放气阀(7)将炉内气体排出，打开所述抽屉式炉门(1)，取出所述靶材，将所述靶材置于酸液或碱液中浸泡、取出、清洗、干燥，即得纯净的所述靶材；拆卸所述浇铸模具(10)，将其中的所述背板材料铸锭取出，即得纯净的所述背板材料。
8.根据权利要求7所述的溅射靶材回收处理方法，其特征在于，S1中，采用洗洁精或去污粉去除所述靶材组件(3)表面污渍。
9.根据权利要求7所述的溅射靶材回收处理方法，其特征在于，S2中，所述炉内抽真空至10Pa以下；充入所述保护气体至炉内绝对压力为0.11-0.12MPa。
10.根据权利要求7所述的溅射靶材回收处理方法，其特征在于，S3中，通电升温至所述背板材料熔点以上20-50℃，且所述保温时间为0.5-1h；S3中，采用水套将所述炉内温度降低至60℃以下。
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